Dalekozori i teleskopi

OPTIČKE NAPRAVE

Optičke naprave razna su pomagala, instrumenti i uređaji koji primjenjujući optičke pojave imaju vrlo široku primjenu. Sastavljene su od optičkih sastavnica (zrcala, leća, prizmi, svjetlovoda i dr.). Obično se razvrstavaju na optička pomagala kao jednostavnije naprave, optičke instrumente za promatranje predmeta, optičke mjerne instrumente za mjerenje svjetlosnih pojava i posredno optičkih svojstva tvari, optičke uređaje ili aparate za obrađivanje optičkih slika (prikazivanje, prenošenje, oblikovanje, pohranjivanje) te svjetlila kao izvore svjetlosti za osvjetljavanje i rasvjetu. Važni dijelovi mnogih suvremenih optičkih naprava su optoelektroničke sastavnice i uređaji (fotodiode, fototranzistori, svjetleće diode, pokaznici, kamere, laseri i dr.).

Optički instrumenti za promatranje na daljinu, iako rade na istim optičkim načelima, razvrstavaju se povijesno u dvije skupine: dalekozore za promatranje na udaljenosti na Zemlji i teleskope za promatranje svemira.

Dalekozori

Dalekozori, zastarjelo durbini (tur., prema perz. dur: daleko + bin: zor, vid) optički su instrumenti za promatranje na daljinu, ponajprije na Zemlji. Sastoje se od najmanje dviju optičkih leća u cijevi, tzv. tubusu (lat. tubus: cijev), na istoj osi. Njihovim prikladnim rasporedom pri promatranju kroz njih proširuje se vidno polje, što promatraču daje dojam da su promatrani predmeti bliži. Leća na strani predmeta, koja stvara njegovu sliku, naziva se objektivom (prema lat. objectus: predmet), a leća na strani promatrača kojom se promatra ta slika naziva se okularom (prema lat. oculus: oko). Kao i svi drugi instrumenti za promatranje razvrstavaju se na monokularne dalekozore ili jednoglede za promatranje samo s jednim okom, i na binokularne dalekozore ili dvoglede za promatranje s oba oka. Smatra se da je prvi monokularni dalekozor konstruirao oko 1590. godine Giambatista della Porta (~ 1535.–1615.), talijanski fizičar i astrolog, neovisno od njega 1608. godine Hans Lipperhey (~ 1570.–1619.), njemačko-nizozemski optičar, a istodobno Jacob Metius (~ 1571.–1628.), nizozemski graditelj instrumenata i brusač leća, te Zacharias Janssen (~ 1588.–1631.), nizozemski optičar. Stoga su se takvi dalekozori nazivali nizozemskim dalekozorima. Galileo Galilei (1564.–1642.), genijalan i svestran talijanski znanstvenik, saznao je za Lipperheyev izum te je 1609. godine konstruirao takav dalekozor, koji je odmah upotrijebio kao teleskop i javno ga prikazao na tornju crkve Sv. Marka u Veneciji. Galilejev dalekozor kao objektiv ima konvergentnu leću, a kao okular divergentnu leću. Nedostatak je takvih dalekozora nedostatak leća, tzv. kromatska aberacija. Sljedeći dalekozor konstruirao je i opisao 1611. godine Johannes Kepler (1571.–1630.), znameniti njemački astronom. Keplerov dalekozor ima dvije konvergentne leće i prikazuje obrnutu sliku, ali to nije smetalo da se odmah počeo

Monokularni dalekozor (Nizozemska, 1624. godina) Suvremeni binokularni dalekozor, tzv. dvogled Galilejev teleskop

Scheinerov teleskop u njegovoj knjizi o Sunčevim pjegama (1626./30. godine)

rabiti u astronomiji kao teleskop, ali i kao dodatak geodetskom instrumentu teodolitu. Monokularni dalekozori odmah su našli primjenu u vojsci, posebno u mornarici, te su postali zaštitni znak “morskih vukova”, kapetana i gusara. Rabili su se dva-tri stoljeća, sve do pojave dvogleda. U dalekozorima se slika promatranog predmeta izoštrava i prilagođava oku promatrača promjenom udaljenosti između objektiva i okulara. Dvogled je prvi konstruirao 1608. godine Hans Lipperhey, spajanjem dvaju monokularnih dalekozora. Nakon nekoliko izuma i poboljšanja, te nakon što je 1851. godine Ignazio Porro (1801.–1875.), talijanski izumitelj, konstruirao i 1854. godine patentirao dvostruke reflektirajuće prizme, dvogled u današnjem smislu konstruirao je Ernst Abbe (1840.–1905.), njemački fizičar, koji se od 1894. godine proizvodio u tvrtki Carl Zeiss. Posebno konstruirani dalekozori dijelovi su drugih mjernih instrumenata, kao što su teodolit, goniometar, spektrometar, refraktometar, polarimetar, interferometar i dr. Neke izvedbe dalekozora služe kao mjerni instrumenti: dioptrimetar za mjerenje jakosti optičkih leća, katetometar za precizna laboratorijska mjerenja visinskih razlika, optimetar za mjerenje malih razmaka, planeitetometar za mjerenje mehaničke kvalitete površina, dioptrimetar za mjerenje jakosti optičkih leća i dr. I teleobjektivi fotografskih aparata i kamera ustvari su posebni oblici dalekozora.

Teleskopi

Teleskopi (grč. tele: daleko i skopein: gledati) optičke su naprave za promatranje na daljinu u astronomiji. Većinom su to monokularni dalekozori prilagođeni za promatranje svemira, pa su to osnovni astronomski instrumenti. Naziv teleskop skovao je 1611. godine Giovanni Demisiani (?–1614.), grčko-talijanski teolog i znanstvenik.

Teoriju teleskopa i otklanjanje nedostataka leća obrađivao je Ruđer Bošković (1711.–1787.), isusovac, znameniti hrvatski matematičar, fizičar i astronom, te ju opisao u svome djelu Opera pertinentia ad opticam et astronomicam (Djela povezana s optikom i astronomijom) iz 1785. godine.

Tri su vrste teleskopa: refraktorski teleskopi s lećama kao osnovnim sastavnicama, reflektorski ili zrcalni teleskopi sa zrcalima kao osnovnim sastavnicama te katadioptrijski teleskopi sastavljeni od slogova leća i zrcala. Refraktorski teleskop prvi je načinio Galilej rabeći za promatranje neba svoj dalekozor, kojim je 1609. godine opazio četiri Jupiterova satelita, Saturnov prsten, brda i doline na Mjesecu, Venerine svjetlosne mijene slične Mjesečevim, pjege na Suncu, znatno veći broj zvijezda na nebu i Mliječnu stazu kao nakupinu zvijezda. Ipak, sva mu ta otkrića nisu pomogla u dokazivanju heliocentričnoga sustava u kojem je Sunce u središtu, a planeti obilaze oko njega po gotovo elipsoidnim putanjama. Ubrzo se počeo rabiti Keplerov teleskop s dvjema lećama. Potom je oko 1628. godine Christop Scheiner (~ 1573.–1650.) isusovac, njemački fizičar i astronom, dodao Keplerovom teleskopu treću leću, pa prikazuje uspravnu sliku. Taj je teleskop opisao u 2. svesku svoje knjige o Sunčevim pjegama Rosa Ursina sive Sol (Orsinijeva ruža ili Sunce)1, Bracciano 1626./30. Knjiga je potjecala od rasprava Scheinera i Galileja i bila je dugo važna astronomska knjiga

1 Knjiga je posvećena Paulu Giordanu II. Orsiniju, vojvodi Bracciana (Italija), u čijem je naslovu igra riječi ursus (medvjed) i imena titulara Orsini.

Newtonov zrcalni teleskop iz 1672. godine (replika) Suvremeni amaterski teleskop Novi teleskop Zvjezdarnice u Zagrebu

o Suncu. Scheiner je već 1613. godine počeo izrađivati dalekozore i teleskope po narudžbi. Reflektorski teleskop ili zrcalni teleskop prvi je konstruirao 1668. godine Isaac Newton (1642.–1717.), znameniti engleski matematičar, fizičar i astronom. Takav teleskop kao objektiv ima udubljeno zrcalo, koje nema kromatsku aberaciju kao leće. Znatno je kraći od refraktorskog teleskopa. Newton je izradio nekoliko takvih teleskopa, a jedan, koji se i danas čuva, je 1671. godine pri primanju u Kraljevsko društvo (engl. Royal Society) darovao tome društvu. Katadioptrijski teleskopi imaju kao osnovu složeni sustav leće i zrcala. Takav je sustav zamislio još Isaac Newton, ali ga je razradio i objavio tek William Rowan Hamilton (1805.–1865.), irski fizičar i astronom. Na razvoju katadioptrijskih sustava radili su mnogi znanstvenici: Augustin Jean Fresnel (1788.–1827.), znameniti francuski fizičar koji je 1820-ih godina razvio svjetioničke katadioptrijske reflektore, potom Léon Foucault (1819.–1868.), francuski fizičar koji je 1859. godine konstruirao katadioptrijski mikroskop, Alphonse Mangin (1852.–1885.), francuski časnik, koji je 1876. godine konstruirao posebno dvostruko udubljeno, po njemu nazvano Manginovo zrcalo koje se naveliko rabilo u reflektorima. Suvremeni optički teleskopi većinom su katadioptrijski, pa i znameniti svemirski Hubbleov svemirski teleskop.

Osnovna optička svojstva teleskopa su žarišne daljine objektiva i okulara, promjer objektiva, povećanje teleskopa (omjer žarišnih daljina objektiva i okulara) i moć razlučivanja (ovisna o promjeru objektiva). Građa teleskopa. Optički teleskop čine teleskopska cijev u kojoj je smješten teleskopski objektivni sustav (leće, zrcala ili oboje), okularni sustav i stalak za cijev s mehanizmom za usmjeravanje teleskopa. Objektivni sustav služi za stvaranje slike promatranoga predmeta, a okularni sustav za promatranje te slike. Dvije su vrste postavljanja teleskopa: alt-azimutalno postavljanje i ekvatorijalno postavljanje. Manji se teleskopi u svojem postavljaju usmjeravaju ručno (izravno ili pomoću prijenosnog mehanizma), a veći strojno (ručno ili računalno upravljano). U alt-azimutalnom postavljanju teleskop se može pomicati u vodoravnoj ravnini i okomitoj ravnini. John Lowry Dobson (1915.–2014.), američki amaterski astronom i veliki promicatelj astronomije, konstruirao je posebno Dobsonovo alt-azimutalno postavljanje primjenjivo za reflektorske teleskope. U ekvatorijalnom postavljanju teleskopa jedna os je pod kutom koji odgovara zemljopisnoj širini mjesta opažanja, a druga os je paralelna sa Zemljinom osi rotacije, dakle usmjerena prema zvijezdi Sjevernjači. Postupak usmjerenja teleskopa naziva se rektifikacija. Optički teleskopi obično se razvrstavaju na amaterske teleskope, školske teleskope, teleskope malih zvjezdarnica, teleskope velikih zvjezdarnica te svemirske teleskope.

Neki poznatiji teleskopi

Nakon povijesnih teleskopa Galileja, Keplera, Scheinera i Newtona konstruirani su od XVIII. stoljeća nadalje brojni iznimni teleskopi, kojima su postignuta mnoga otkrića svemirskih objeka-

Parsonsov divovski Levijatan iz 1845. godine (onodobni crtež) Hookerov teleskop na Zvjezdarnici Mont Wilson Haleov teleskop na Zvjezdarnici Mont Palomar

ta: zvijezda, planeta, galaksija i dr. Spomenut će se samo neke najveće: Levijatan2 iz Parsonstowna razgovorni je naziv za veliki zrcalni teleskop koji je 1842. do 1845. godine izgradio William Parsons3, 3. grof iz Rossea (1800.–1867.), irski astronom. Otvor blende mu je 1,83 m, a žarišna daljina 16 m, u alt-azimutalnom postavljanju. Objektivno zrcalo je bilo debljine oko 13 cm, mase oko 3 t. Cijev je dugačka 16,5 m, a okular je postavljen sa zapadne strane. Cijeli je teleskop bio mase 12 t, a smješten je između dvaju zidova, visokih oko 40 m i oko 21 m, razmaknutih 23 m. Postavljen je u Parsonsovu dvorcu Birr u Irskoj. Do 1917. godine bio je najveći teleskop na svijetu. Njime je Parsons proučavao spiralne maglice. Levijatan je bio u uporabi do 1890-ih godina, a obnovljen je 1999. godine. U dvorcu Birr je 2017. godine postavljen najzapadniji radioteleskop IE613 iz europske mreže LOFAR s dvjema antenama kojima pokriva područje10…240 MHz. Hookerov teleskop nazvan po Johnu Daggettu Hookeru (1838.–1911.), američkom poduzetniku i amaterskom astronomu, koji je dao sredstva za kupnju i brušenje zrcala, dok je Andrew Camegie (1825.–1919.), škotsko-američki industrijalac dao sredstva za izgradnju teleskopa i kupole u zvjezdarnici Mount Wilson, na 1 740 m nadmorske visine u Kaliforniji (SAD). Izgradnju toga i još nekih velikih teleskopa organizirao je G. E. Hale. Teleskop je s otvorom 2,54 m (100 in), završen 1917. godine, te je do 1949. godine bio najveći teleskop na svijetu. Pomoću toga teleskopa Edwin Powell Hubble (1889.–1953.), znameniti američki astronom, dokazao je širenje svemira, a Albert A. Michelson (1852.–1931.), američki fizičar i dobitnik

2 Levijatan je mitska gorostasna neman, spominje se i u starozavjetnoj Bibliji, na primjer u Knjizi o Joni (Jon 2). 3 Jedan od četvorice njegovih sinova Charles Algernon Parsons (1854.–1931.) izumio je 1884. godine parnu turbinu. Nobelove nagrade za fiziku, uz pomoć astronomskog interferometra mjerio je promjere zvijezda. Haleov teleskop, nazvan po Georgeu Elleryu Haleu (1868.–1938.), američkom astronomu, poznatom po istraživanju Sunca i organiziranju postavljanja nekoliko velikih teleskopa. Postavljen je 1948. godine na zvjezdarnici Mont Palomar u Kaliforniji (SAD). Promjer otvora mu je 5,08 m (200 in). Vrlo veliki teleskop (VLT, prema engl. Very Large Telescope), najveći je optički teleskop na svijetu. To je skup od četiriju teleskopa, sa zrcalima promjera po 8,2 m, što zajedno ima učinkovitost kao zrcalo dvostrukoga promjera. Organizacijski čine Europsku južnu zvjezdarnicu (ESO, prema engl. European Southern Observatory) u pustinji Atacama u Čileu, na platou Ceror Parabal na visini od 2 400 m.

Vrlo veliki teleskop u Čileu